莫耳定律在芯片尺寸微縮的技術路線演進方面曾是一盞指明燈。十幾年來，積體電路前道制造接近物理極限，在二維平面縮小晶體管的特征尺寸越來越難的今天，以芯片3D整合技術為代表的先進封裝成為「超越莫耳定律」理念之商用落地的最佳技術手段之一。以2.5D和3D封裝為代表的芯片堆疊技術不斷推動晶圓減薄工藝的發展，應對晶圓減薄帶來的一些物理難題的晶圓鍵合與解鍵合工藝，也已成為多層晶圓堆疊技術成功與否的關鍵。因此，晶圓鍵合/解鍵合裝置成為了目前半導體產業鏈中的熱門賽道，正在引發業界越來越多的關註。
蘇州芯睿科技有限公司（以下簡稱芯睿科技）自成立以來，憑借多年來強大的產品開發能力，已經成長為國內鍵合裝置的龍頭企業，作為領先的臨時鍵合、永久鍵合整體方案提供商，芯睿科技步步為營，現已服務國內外一線大廠，在不斷構築自身技術護城河的同時，也拓寬並深化了國產半導體裝置領域的研發哲學與經營理念。
日前，芯睿科技攜企業最新產品矩陣強勢參展SemiconChina2024展會，並在3月21在上海浦東嘉裏酒店舉辦了新品釋出會。芯睿科技諸多高管在釋出會現場分享了他們對國內外晶圓鍵合市場的分析研判，並從宏觀市場、產品叠代、客戶服務等多個角度闡述了芯睿科技在鍵合裝置市場的核心競爭力。集微網全程參會，並且在會後就企業的技術積累儲備，供應鏈打通，以及未來研發方向等議題和企業總經理邱新智先生做了深入交流。
先進封裝推動晶圓鍵合工藝不斷發展
芯睿科技資深業務總監余文德做了開場演講，他從先進封裝技術演進路線圖切入，闡述了鍵合/解鍵合市場的分析和套用。余文德指出，扇出型封裝（Fan-out），以及以台積電為主要推手的2.5D型別的CoWoS等先進晶圓級封裝體系極大地促進了臨時鍵合和解鍵合工藝的發展。以扇出型封裝為例，首先需要將來料晶圓切割成為裸die，然後對重構晶圓進行封塑以保護裸die，然後將重構晶圓載片移除掉，露出I/O介面；CoWoS封裝則涉及到在裸晶圓上進行TSV、最佳化重布線層（RDL）及微凸塊（Bumping）的布局，無論是Fan-out還是CoWoS都需要晶圓減薄工藝。為了降低超薄晶圓在工序處理中的各種風險，需要臨時鍵合和解鍵合技術為器件晶圓提供機械支撐。他指出，基於Polaris，Markets&Markets，Yole等海外咨詢分析機構的數據，由晶圓減薄帶來的總體制造工藝市場將從2022年的114億美元增長到2030年290億美元，復合增長率12.4%，Wafer to Wafer永久鍵合裝置將從2020年的2.61億美元增長到2027年的5.07億，而臨時鍵合裝置將從2020年的1.13億美元增長到2027年的1.76億，復合增長率8~10%。可以說，以先進封裝帶動的鍵合市場在未來將有狂飆突進式的增長。
多維出擊，芯睿科技豐富的產品矩陣
接下來，芯睿科技資深產品經理朱凱華，芯睿科技研發副總張羽成博士，芯睿科技技術套用總監張飛分別介紹了Carriera系列的臨時鍵合/解鍵合裝置，Aviator系列臨時鍵合和Libera系列雷射解鍵合裝置，以及Divina系列永久鍵合機，Striker系列等離子處理機等。這些裝置的橫向拓展和縱向叠代，集中展示了芯睿科技在鍵合裝置市場上雄厚的技術實力和研發積累。
Carriera系列（ABT-08，ADC-08）的臨時鍵合/解鍵合裝置，從晶圓傳送，到腔體鍵合等各步驟都可以實作全自動化流程操作，主要套用於8英寸及以下尺寸的矽基、LED以及以SiC為代表的化合物半導體的薄化工藝前的臨時鍵合/解鍵合。ABT-08可以保持鍵合偏移度小於0.05公釐，ADC-08裝置內建濕法清洗以及晶圓傳送系統，可以操作的晶圓厚度最薄可達50微米。
張羽成博士用了兩張三維圖片介紹了Aviator系列的臨時鍵合裝置腔體的模組構成，該系列適用於12英寸晶圓，該裝置從晶圓傳送到Metrology量測模組可實作全自動化；Libera系列雷射解鍵合裝置可以根據工藝套用搭配不同雷射源實作臨時載片的分離。張羽成博士特別強調了這兩個系列具有很強的可延伸性，比如在器件晶圓（wafer）和承載片（carrier）的貼合匹配，臨時鍵合的膠材使用，鍵合壓力以及鍵合溫度的選擇方面都可以應對不同客戶的差異化需求。
芯睿科技技術套用總監張飛具體闡述了企業在永久鍵合領域的布局情況，並歸納了Divina系列永久鍵合裝置的技術突破點。他強調，永久鍵合包括了預處理、對準、鍵合和後處理四個步驟，每個步驟對最終的鍵合品質都有著至關重要的影響。永久鍵合在光電子器件，MEMS等領域有廣泛的套用。企業研發的8-12寸永久鍵合裝置支持陽級鍵合、熱壓鍵合、膠黏鍵合等常見的晶圓鍵合工藝，並且擁有全新的智慧化操作界面，提升了工作效率。此外，他還介紹了Divina系列的對準裝置和Striker系列等離子活化裝置，並且總結企業在永久鍵合領域秉承了高精度、高效率和高相容度這三大「取法乎上」的原則。
邱新智：先進封裝是國內IC產業突破點，鍵合裝置大有可為
芯睿科技總經理邱新智先生對上午的新品釋出會做了總結性發言。他首先指出，國內半導體產業雖然在前道制造環節方面相較海外頭部企業還有不小的差距，但在先進封裝領域的追趕距離更短，可以作為後發趕超的重點突破口，與IC制造的產業大潮相呼應，鍵合裝置在先進封裝體系中扮演的角色也越來越重要。
芯睿科技應勢而動，應時而行，於是有了這樣一次恰逢其時的新品釋出會。對此，邱新智談到：「我們公司一開始從8寸晶圓以下裝置的研發開始生根發芽，如今積累了13年的經驗教訓，各產品序列都經過了多次叠代，在這一過程中，我們經過了各個大廠嚴苛的驗證考驗，也不斷吸納從客戶端反饋過來的多樣需求，借助這樣一個新品釋出會，我們給業界展示芯睿科技的整體性產品和解決方案，也希望企業能伴隨中國先進封裝和整個半導體制造體系一起成長。」
邱新智在總結發言中還特別強調，鍵合裝置的研發必須貼近客戶需求，契合市場與技術的整體演進方向：「關起門來固步自封是肯定不行的，芯睿科技產品的研發方向，就是立足並錨定鍵合裝置還不能滿足客戶需求之處。比如之前國內廠商很少有研發永久鍵合這一領域的，海外大廠的市占率很高，針對此，我們立誌一定要把它做出來，而且要做得最好。」
綜合成本：給到客戶最優的解決方案
會後，邱新智總經理又就企業在鍵合裝置的know-how，以及未來的研發方向，和集微網做了深入探討。
如前所述，無論是芯睿科技的臨時鍵合/解鍵合裝置，還是永久鍵合裝置，都保持了高擴充套件性和相容性，實作了產品叠代的「揚棄」性發展。對此，邱新智總經理以不同尺寸的碳化矽晶圓鍵合裝置的工藝水平做了進一步說明。
他指出，先進封裝的整合度所帶來的晶圓薄化問題，推高了鍵合機精確控制的難度，對裝置的穩定性、耐久性也帶來了重大挑戰。用於制作功率器件的碳化矽晶圓不但生長工藝相較矽基晶圓特殊，而且需要晶圓背面薄化至50微米-80微米左右來降低導通降阻，以達到降低功耗的目標。碳化矽本身的硬度，以及減薄帶來的翹曲問題，會導致晶圓無法傳送並有破片的風險。邱新智強調：「碳化矽晶圓本身成本就很高，我們的裝置目前已經做到了可以鍵合8英寸，而且同時向下相容6英寸和4英寸，能給到客戶最優的價效比選擇方案，比如，溫度越高，所用的解鍵合的膠材選擇面就越窄，我們可以根據解鍵合的不同溫度需求，給出熱滑移和雷射解鍵合等多種選擇。
」借此案例，邱新智向集微網闡述了服務客戶過程中的「綜合成本」這一概念。他強調：「考量工藝過程往哪個方向走，一定要抓住最大的、最主要的點。」以碳化矽晶圓鍵合、解鍵合工藝為例，250度的溫度可以成為熱滑移和雷射解鍵合的分界點。理論上，使用後者的成本大約是前者的2-2.5倍，但由於兩者在單位時間內的產能有明顯差異，所以需要將膠材的物力成本和量產的時間成本加以綜合考量，給不同的客戶以成本的最優解。
此外，12英寸的Aviator系列臨時鍵合機整合了量測模組，也是考慮到客戶是否需要從晶圓傳送到量測的全流程解決方案。邱新智指出，鍵合機腔體越大，占用寸土寸金的無塵室的面積也就越大，裝置維護和折舊成本也就越高，因此，這也涉及到「綜合成本」問題。
尤其值得一提的是，目前芯睿科技在薄化器件晶圓的支撐和傳送方面，采用了臨時鍵合和靜電吸盤（Carrier Type E-Chuck）互相搭配的方式。 E-Chuck的工作原理是在吸盤的電介質層中鑲嵌著一個直流電極，用以接通到高壓直流電源，靠靜電荷的同性相吸來固定wafer。晶圓減薄後增加的翹曲機率直接和晶圓傳送以及CP測試息息相關，決定了裸die的制造良率，因此為了穩定傳輸，傳統上會用金屬板作為支撐板然後貼膠帶。但貼膠帶方式無法保證芯片的平整度，會產生探針斷裂、芯片破片和電性不穩等問題，而且人工貼膠撕膠也會受到裝置尺寸的限制。而E-Chuck方案可以讓吸盤穩定吸附芯片，實作自動化生產，保證電性的穩定性。可以說，芯睿科技全方位考慮到了不同客戶、不同套用場景帶來的復雜成本計算問題，以富有彈性的解決方案契合使用者至上，以優取勝的原則。邱新智指出：「臨時鍵合機有它的優點和長處，但也會有‘湯湯水水’的問題，工序相對較多，每多一步都會增加鍵合成本，因此，我們也會選擇E-Chuck作為可行的解決方案之一。」
與材料供應商共生共贏，朝「混合鍵合」之路邁進
如前所述，用於固定薄晶圓的臨時鍵合工藝需要用到不同型別的膠材，毫無疑問，鍵合膠材是鍵合工藝成功的關鍵所在。因雷射，機械力或溫度等工藝步驟的不同，膠材也有不同的種類，但基本都需要熱穩定性高、抗腐蝕性強等共性來保證復雜工序的可靠性和完整性。上遊膠材供應商需要裝置商、Fab廠等一同完成驗證，這種強錨定性的合作關系讓某些膠材商往往拿到一兩個頭部fab廠大單就能成為「隱形冠軍」。
正如半導體行業坊間所雲，「一代材料，一代裝置，有一代工藝。」可以說，能否打通「膠材」這一關節，是鍵合裝置商占領市場高地的肯綮。對此，邱新智著重強調：「鍵合的重點在於膠材，如果你不了解膠材，是無法把鍵合裝置做好的。」他指出，目前九成以上的海外頭部膠材廠都和芯睿科技簽訂了NDA（保密協定）協定，甚至之前某些曾婉拒芯睿科技的某大型材料供應商，看到了企業發展的勃勃生機和良好前景之後又重新找上門來。與鍵合膠材商同頻共振，同氣連枝，保證了芯睿科技有足夠的底氣和資源朝著價值鏈更高端的鍵合工藝邁進——混合鍵合。
在新品釋出會最後，邱新智放出重磅級訊息，芯睿科技力求在2025年Q1推出混合鍵合第一代產品。
邱新智闡述，Al人工智慧、5G通訊、自動駕駛、元宇宙等新興產業的相繼崛起，需用到高速運算、高速傳輸、低耗電及低延遲的先進芯片來進行大量數據處理，新型態的先進封裝架構與設計概念應運而起。為了強化2.5D或3D封裝中的HBM、GPU、CPU、FPGA等處理器之間的彼此整合，以台積電的SoIC和英特爾的Foveros為代表的封裝型別都需用到混合鍵合技術。混合鍵合的優勢主要有三大方面：更短的互聯距離。不需要用引線互聯互通，也無需用TSV穿過整個CMOS層，僅僅透過連線後道的銅觸點就可以實作互聯；更高的互聯密度。
銅觸點的面積非常小，相比直徑百微米的錫球和TSV，混合鍵合工藝中的銅觸點的pitchsize其至都不足10微米；更低的成本。針對每顆Die單獨進行互聯需要更多的時間，透過晶圓鍵合可以實作大面積高密度的互聯，對產能的提升的貢獻是飛躍性的，因此，生產成本也可以得以降低。
邱新智指出，混合鍵合技術是企業正在努力的方向，雖然這一概念炒的火熱，但在具體工藝實踐中仍有不少難題需要克服，比如在鍵合過程中Chip to Wafer的對準精度之「精」與單位時間量產之「量」如何兼而有之的問題。「我們會繼續秉承品質第一、使用者至上原則，在這個方向上腳踏實地做好每一步。」邱新智如是說。
